קומפקטיות עוצמתית

הדור החדש של תמסורות בבקרת הינע

אבולוציה אלקטרונית במערכות אוטומציה תעשייתית מובילות לשינוי פרדיגמות בבקרת הינע. המהנדסים ובוני המערכות מתחילים להכיר, להעריך ולאמץ ציוד בקרת הנעה מתקדם. הדרישות ממערכות ההנעה המודרניות הן – קטן וקל, אך גם מדויק ודינמי ביותר.

בשנים האחרונות נולד דור חדש של תמסורות וגירים הרמוניים, צקלואידיים ופלנטריים המבוססים על טכנולוגיה מתקדמת שמאפשרת יחס כוח- משקל משופר, רמות דיוק עבודה תחת עומסים גבוהים ותוחלת חיים ארוכה הרבה יותר. הדבר מתאפשר הודות לרמה גבוהה של אינטגרציה של כל הרכיבים של מערכת ההנעה, החל בתשלובת גלגלי השיניים והמנוע, דרך המיסבים וכלה במערכת ההיזון החוזר. התוצאה היא צמצום שטח ההתקנה והמשקל, יעילות גבוהה ואמינות, כאלו החשובים בעיקר ביישומים של רובוטיקה תעשייתית ושירותית, מערכות אופטיות ותעשיות מורכבות.

אחת החברות המובילות בתחום היא חברת Cone Drive. מייסד החברה סמואל קון עבד בתחילת הקריירה שלו כמכונאי במספנה  Norfolk Naval Shipyard in Portsmouth, Virginia, שם פיתח את ה- double-enveloping worm gear, שהותקן על מנוע העוגן של ספינת קרב בשנת 1923. מאוחר יותר הפך המנוע החדש לסטנדרט המוביל בתחום.

חברת Cone Drive, מייצרת כיום מגוון רחב של גירים הרמוניים, SLEW Drives וגירים המתאימים ליישומים מורכבים, עם עומסים גבוהים אך עם צורך לאמינות גבוהה, דיוק מקסימלי ואפס תקלות.

הגירים ההרמוניים בטכנולוגיות החדשות כיום הינם מודולריים וניתנים להתאמה לכל מנוע נדרש. למבנה המודולרי יש גם תרומה משמעותית לעלייה ברווחיות ובגמישות. הגירים ההרמוניים מספקים הפעלה חלקה של כל מערכת ההנעה הודות לפרופילי השיניים המדוייקים תוך שילוב אופטימלי של שן אחת בשנייה ודיוק בהעברת התנועה. הם מאפשרים קשיחות סיבובית וחזרתיות באופן שמגדיל באופן ניכר את העומס המירבי אותו הגיר יכול לשאת. העובדה שהגירים מגיעים עם ZeroBacklash (אפס חופש או מינימום רתיעה), מובילה ליחס כוח/משקל משופר שהוא תופעת לוואי חיובית של הגדלת מומנט הסיבוב המרבי המותר לאותן מידות ובאותו משקל.

לסיכום: צפיפות הספק גבוהה, משקל קל ותשלובת שיניים ללא חופש, הינם המאפיינים העיקריים של התמסורת והגירים ההרמוניים, ולפיכך הם מתאימים במיוחד לאפליקציות מדוייקות.

סדרת הגירים Slew Drive פותחה במיוחד ליישומים בטחוניים וצבאיים. מגוון מוצרי הסידרה מצטיינים ב- Backlash נמוך, חומרים מתקדמים המאפשרים את הקטנת אפקט ה- Shutter Vibrations האופייני לגירים בטכנולוגיה זו. בגירים מסדרת Slew-Drive לחילזון המניע יש תצורה מעוגלת מה שמאפר מגע בו זמנית במספר גדול של שיני הגלגל המנוע, ובכך הגדלת המומנטים שהגיר יכול להוציא בגודל פיזי נתון.

תמסורות פלנטריות מהוות יחידות תמסורת למערכות הינע. לתמסורות הפלנטריות המודרניות יתרונות רבים לתעשיות מורכבות כמו  Backlash נמוך, קומפקטיות, דיוק גבוה ונצילות גבוהה. גלגל השיניים הוא גלגל אשר בהיקפו מסודרות שיניים במרחקים שווים אחת מן השנייה, אשר נועד להעביר מומנט (שילוב של כוח ותנועה) לגלגל שיניים נוסף או לכל רכיב משונן אחר. שיני  גלגל השיניים מעוצבות כך שמידת החיכוך, הרטט והרעש יהיו מינימליים, בעוד שהעברת הכוח תהיה מקסימלית. התמסורות הפלנטריות מתאפיינות במומנט אינרציה קטן יחסית וחיכוך מינימלי. זר גלגלי השיניים ההיקפיים המורכב על גליל מרכזי, מאפשר להעביר את התנועה לכל מערכות השיניים ומקנה יכולת של הפחתה מכנית של סיבובי המנוע. יחס ההפחתה נקבע ע"י היחס  שבין מספר השיניים בגלגל המרכזי לבין אלו שבהיקף. כדי לקבל יחסי הפחתה גדולים, מרכיבים שכבות נוספות כאשר הדרגה הראשונה מעבירה את התנועה לדיסקה של השכבה הבאה וכן הלאה. כך ניתן להגדיל את המומנט המופק מהמנוע.

גירים נוספים המפגינים ביצועים הנחוצים ליישומים מדוייקים כמו רובוטיקה הינם גירי CYCLO, של חברת Summitomo גירים אלו הינם בעלי גודל פיזי קטן במיוחד, יחס הפחתה גבוה, מומנטים גבוהים ביציאה, עם 500% מומנט חירום, בעלי משקל נמוך ואפס חופש.  גירים אלו משמשים באפליקציות רובוטיות מדוייקות וביישומים תעשייתיים רובוסטיים. לדוגמא בתעשיית המזון – הפקת שמן זית למאכל באיכות גבוהה דורשת טכנולוגית הנעה רבת עצמה. גירי ה- CYCLO   מאפשרים הילוך צנטריפוגלי המתאים לעבודה עם מכונות טחינה ומכונות להפעלת לחץ המחייבות יכולת עמידות גבוהה במיוחד לאור העומסים. גם בתעשיית הטקסטיל, יש שימוש רב בגירי CYCLO ביישומים שונים לאורך תהליך הייצור והעיבוד של החומרים והבדים. בתהליך העיבוד של חומרי הגלם לתעשיית הטקסטיל, עוד לפני הכנת היריעות, נוצרים בסביבת הייצור גרגרי אבק ומוך, המחייבים שימוש במנועים וגירים המהווים יחידות אוטונומיות אטומות לחלוטין. בתעשייה הכימית, סביבת הייצור מתאפיינת בחם ואנרגיה גבוהים אשר נדרשים לעיבוד חומרים באופן פיזי או כימי. כדי להישאר תחרותיים, המפעלים הכימיים של היום חייבים לפעול ביעילות תוך עמידה בתקנים סביבתיים. הטכנולוגיה החדשה של גירי ה- CYCLO של סומיטומו היפנית מציעים אמינות, יעילות גבוהה, עלות חזוקה נמוכה וביצועים מוכחים בתעשיית הכימיה.

בשדה התעופה ניתן למצוא את גירי הCYCLO – ברב המשואים וגשרי הבורדינג של הנוסעים ובכל יישום לוגיסטי אחר, הודות לאמינות הגבוהה שלהם, ליעילות התפקודית שלהם ובעיקר לעבודה השקטה שלהם שאינה מפריעה לסביבה הרועשת גם כך של שדות התעופה. לחברה מגוון סדרות של גירים ליישומים בשדות תעופה. לדוגמא Fine Cyclo UA Series האופטימלית ליישומים של Dynamic 2D and 3D path controlled , או סדרת Fine Cyclo D-Series, שעוצבה למשימות מאד דינמיות ולכן מתאפיינת ב- backlash-free transmission, ומומנט בעל נוקשות ויכולת האצה גבוהים.

בנוסף מתאימים הגירים ליישומים נוספים כמו Machine Tools, Factory Automation, Medical, Turntables, Milling heads, Positioner, Rotary Actuators, Tool changer, Pallet Changer, Manipulators.

לסיכום: גירי ה- CYCLO  של חברת סומיטומו מציגים טכנולוגיה מהפכנית שפותחה במיוחד ליישומים ייעודיים ולכן מתאפיינים הגירים בדיוק גבוה ביותר, עיצוב קומפקטי, קשיחות מומנט גבוהה, יכולת אינרציה גבוהה, בעלי קיבולת לעומסים גבוהים, יעילים וברי הרכבה קלה ומהירה באמצעות טבעות הידוק מדוייקות.

קיימים כיום גם גירים חלזוניים המיועדים למנועי סרוו. יחודיותם של הגירים היא הנצילות הגבוהה שלהם שאינה מאפיינת גירים חלזוניים סטנדרטיים. בדגמים מסויימים ניתן לפגוש בנצילות של מעל ל – 95% שאין זהה לה בתמסורות בטכנולוגיה דומה. חברת Girard Transmission הצרפתית, הקיימת למעלה מ- 50 שנה, מקפידה להשקיע באופן עקבי במכונות ייצור CNC, ומציגה את ה – Servo-Gearheads  המתקדמים ביותר ואשר מאופיינים בדיוק מקסימלי עם BackLash של 0.5 arc לדקה. הגירים המדוייקים של החברה פותחו במיוחד לאפליקציות סרוו הדורשות דיוק, חוזק ואמינות ללא פשרות. הגירים מגיעים ב – 3 רמות של דיוק – 1,5,10 arminute of backlash.

בעולם דיגיטלי, משקיעות חברות ציוד ההנעה בפיתוחים חדשניים המותאמים למגוון יישומים רחב, אך באופן ייעודי ומתמחה לדרישות של ענפי התעשייה השונים, תהליכי הייצור ובעיקר דרישות בקרת ההינע בכל יישום ויישום.

כותב: שי סילברמן, "דור הנדסה"